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MASKAY 5(1), Dic 2015
ISSN 1390-6712
Recibido (Received): 2015/04/05
Aceptado (Accepted): 2015/09/11
Actualización del sistema SCADA y de control para los reactores
MQ5 y MQ6 de la planta de Pinturas Condor, Sherwin Williams
Ecuador
Jonathan D. Reinoso Q. *

Resumen— El presente documento describe la actualización
del sistema SCADA para los reactores MQ5 y MQ6 de la planta
de Pinturas Condor mediante el software Intouch y la
actualización del sistema de control del reactor MQ5
implementado en un controlador lógico programable (PLC) de
marca SCHNEIDER, además de la arquitectura de control
realizada en el proyecto. El sistema SCADA y de control de los
reactores permiten la visualización y control de los datos y
variables más relevantes durante las diferentes fases de
producción de resinas en los reactores MQ5 y MQ6,
I. INTRODUCCIÓN
La planta de Pinturas Condor ubicada en el antiguo
parque industrial al sur de la ciudad de Quito, se dedica al
diseño, fabricación y comercialización de pinturas, barnices,
resinas, solventes y productos afines; las cuales son utilizadas
en cualquier tipo de superficies desde ambientes industriales,
madereros, automotrices hasta los residenciales.
Pinturas Condor posee un área especializada para la
producción de resinas, en la cual se elaboran los diferentes
tipos de resinas y donde se realizan los respectivos controles
de calidad, las resinas producidas son usadas para la
fabricación de lacas, sistemas catalizados al ácido y esmaltes
horneables.
En el área de resinas se dispone de varios tanques de gran
capacidad conocidos como reactores por las reacciones
químicas y cambios de temperatura producidas en su interior
durante las diferentes etapas de la elaboración de las resinas,
en dichos reactores se realiza la adición y mezcla de la
materia prima con los productos químicos necesarios para la
producción de resina.
Los sensores y actuadores utilizados en los reactores
MQ5 y MQ6 para la producción de resina, al cumplir con su
vida útil o debido a fallas ya sean eléctricas o mecánicas son
debidamente reemplazados o retirados según amerite el caso
por el departamento de mantenimiento de Pinturas Condor.
Debido a este factor y a la utilización de nuevo software y
equipos más robustos disponibles por el gran desarrollo
tecnológico que existe en esta área, se crea la necesidad de
modernizar el sistema SCADA y realizar la migración del
sistema de control para poder garantizar la continuidad
operativa de la producción de resina en los reactores MQ5 y
MQ6.
II. CLASIFICACIÓN DE ÁREAS PELIGROSAS
La Norma Para Los Requisitos De Seguridad Eléctrica
De Los Empleados En Los Lugares De Trabajo (NFPA-70E)
cubre los requisitos para realizar la clasificación de áreas
peligrosas de resinas de la planta de Pinturas Condor.
La NFPA-70E establece: “Los lugares se deben clasificar
dependiendo de las propiedades de: los vapores, gases o
líquidos inflamables, que pueden estar presentes, y la
posibilidad de que esté presente, una concentración o
cantidad, inflamable o combustible” [1].
En la fig. 1 se muestra la clasificación de áreas peligrosas
en el área de resinas de la planta de Pinturas Condor según la
Clase I, División 1 y 2 de la norma NFPA-70E.
Los reactores MQ5 y MQ6 ubicados en el área de resinas
poseen sistemas SCADAs donde se realiza el control y
monitorización de: temperaturas, ingreso de materias primas,
agitación de los tanques y reactores y el seguimiento de las
fases de producción.
La temperatura de los reactores es controlada mediante
controladores lógicos programables (PLCs) los cuales
realizan el encendido/apagado de bombas y la apertura/cierre
de electroválvulas; permitiendo de esta manera el ingreso de
vapor de agua proveniente de un caldero para el
calentamiento del reactor o el ingreso de agua proveniente de
cisternas para el enfriamiento del reactor.
* Jonathan D. Reinoso Q., Ingeniería en Electrónica, Automatización y
Control, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí, Ecuador, Email: [email protected].
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Fig. 1 Clasificación de áreas peligrosas
MASKAY
III. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL REACTOR MQ6
En el reactor MQ6 se elabora la resina urea-formaldehído
para esto el reactor MQ6 requiere para su funcionamiento el
control de; bombas que impulsen el ingreso de líquidos,
válvulas en la entrada y salida del reactor que permitan el
ingreso y la salida de agua y vapor de agua para su
enfriamiento y calentamiento para el serpentín y chaquetas
respectivamente, y además necesita de un agitador para
realizar la mezcla. La materia prima BUTANOL que
interviene en el proceso es almacenada en dos tanques
TQ_01 y TQ_02, este químico es pesado y llevado del
TQ_02 mediante bombas (accionadas eléctricamente) al
reactor, en el TQ_01 el químico es mezclado con otra
materia prima para su utilización en una posterior fase. Las
materias primas PARAFORMALDEHÍDO Y UREA son
ingresadas al reactor por medio de una tolva TLV_01 la cual
es abierta mediante una cuchilla que activada por una válvula.
En la fig. 2 se presenta el esquema general del proceso de
fabricación de resina del reactor MQ6.
IV. FILOSOFÍA DE OPERACIÓN DEL REACTOR MQ6
Al no realizar cambios en el PLC del reactor MQ6, las
fases que tienen que ver con la carga de materias primas,
agitación del reactor MQ6, salida de agua, descarga de resina
y control de temperatura Calentamiento/Enfriamiento son
ejecutados de igual manera por su sistema de control.
El control del reactor MQ6 se encuentra implementado
en un PLC Modicon Premium y además posee implementado
un circuito electromecánico que es independiente del
funcionamiento del PLC.
El reactor MQ6 posee diferentes modos de trabajo los
cuales se menciona a continuación:
A. MODOS DE OPERACIÓN REACTOR MQ6
Para definir el modo de operación se utiliza un selector
ubicado en el tablero de control del reactor MQ6.
MODO MANUAL
Este modo de operación trabaja de forma local con
pulsantes ubicados en el tablero de control del reactor MQ6,
los cuales pueden ser accionados por el operador y comandan
los diferentes motores durante el proceso. Este modo es
especialmente eficaz para realizar el mantenimiento del
equipo.
El operador es responsable de la carga de materia prima y
del cumplimiento de todas las etapas requeridas para la
fabricación de la resina.
Al colocar el selector del modo de operación en la
posición MANUAL, las válvulas neumáticas y servo-válvulas
permanecerán abiertas para poder llevar a cabo el proceso.
En este caso las etapas de calentamiento y enfriamiento son
controladas por el operador a través de las válvulas
manuales.
MODO MANUAL DESDE LAS INTERFACES HMIs
Este modo de operación trabaja cuando el selector del
tablero se encuentra en la posición semiautomático, se lo
puede realizar de forma local y remota al disponer de botones
de mando en las interfaces HMIs del terminal de operador y
del cuarto de control para operar los diferentes motores y
válvulas descritas anteriormente.
MODO SEMIAUTOMÁTICO
Durante el proceso el PLC se encarga de realizar el
control de temperatura del tanque MQ6 para las fases de
calentamiento o enfriamiento, el accionamiento del agitador
de este tanque y de mostrar en las interfaces HMIs del
terminal de operador o del Cuarto de control la información
del proceso de fabricación de la resina.
Fig. 2 Esquema general reactor MQ6
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MASKAY
V. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DEL REACTOR MQ5
En el reactor MQ5 se fabrica las resinas Elasthane, Viva,
Lova 55-E y Acrilat501.
Las resinas elaboradas en el reactor son resinas de alto
desempeño y de excelente resistencia a la abrasión. Están
diseñadas para la fabricación de pinturas para interiores,
exteriores, de tipo pigmentadas y de tipo satinado. A
temperatura ambiente las resinas presentan excelente
elasticidad, transparencia y brillo, estos productos por su alta
adherencia a diferentes sustratos y resistencia al agua sirve
para fabricar pinturas de alta calidad.
Para la fabricación de resina el Reactor MQ5 requiere
para su funcionamiento el control de; bombas que impulsen el
ingreso de líquidos, válvulas en la entrada y salida del
reactor que permitan el ingreso y la salida de agua y vapor de
para su enfriamiento y calentamiento respectivamente, y
además necesita de un agitador para realizar la mezcla.
Los químicos (VAM y BUTIL) que intervienen en el
proceso están almacenados en dos tanques (T1 y T2), estos
químicos son llevados mediante bombas (accionadas
eléctricamente) al tanque de Monómeros TQ3 en el cual se
realiza una premezcla antes de ser llevados al reactor.
El proceso además cuenta con dos tanques, un reductor
TQ2 y un oxidante TQ1, los cuales suministran flujo al
reactor, estos constan de un agitador cada uno..
En la fig. 3 se presenta el esquema general del proceso de
fabricación de resina del reactor MQ5.
VI. FILOSOFÍA DE OPERACIÓN DEL REACTOR MQ5
Las fases que tienen que ver con la carga de materias
primas son ejecutadas por el nuevo sistema de control de la
misma forma que su antiguo sistema de control. El operador
se encarga de cumplir con todas estas fases de forma manual.
Las fases que tienen que ver con el control de
temperatura calentamiento/enfriamiento son ejecutadas por el
nuevo sistema de control de forma diferente. Este control
ajusta automáticamente sus valores de control dependiendo
de la receta seleccionada en las interface HMI.
El control del reactor MQ5 se encuentra implementado
en un PLC Modicon M340.
Adicionalmente para realizar el control de forma local del
reactor MQ5 se cuenta con pulsadores y seleccionadores que
tienen comunicación con el PLC mediante un STB. Estos
pulsadores y seleccionadores permiten el arranque/paro de
los motores. Estos se encuentran instalados en la parte
izquierda del tablero de control del reactor MQ6.
El nuevo sistema de control el reactor MQ5 posee
diferentes modos de trabajo los cuales se menciona a
continuación:
A. Modos de operación reactor mq5
Para el control del reactor MQ5 se inicia la producción
con la selección del modo de operación desde el SCADA
ubicado en el cuarto de control.
MODO MANUAL
En el modo manual se puede realizar un control on/off de
todas las máquinas que intervienen en el proceso del Reactor
MQ5 ya sea de forma local o remota.
MODO SEMIAUTOMÁTICO
En el modo de control Semiautomático las fases de la
receta las va realizando el nuevo sistema implementado, sin
embargo solo se controla la variable de tiempo y temperatura
automáticamente, en las fases manuales los operadores deben
tomar las debidas precauciones y confirmar el fin de cada una
de las fases en las interfaces HMIs para que la siguiente
pueda continuar.
Fig. 3 Esquema general reactor MQ5
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MASKAY
VII. ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL
En la arquitectura de control Fig, 4 se encuentran los
equipos que serán utilizados en la implementación del
proyecto, así como el esquema que se maneja para su
correcto funcionamiento.
La red de comunicación a utilizarse es una red tipo anillo,
este es un bucle que comienza y termina en la misma central,
que será el cuarto de control de la planta de resinas en el cual
se tendrá los equipos necesarios como un ODF para la
distribución de la señal y un switch para la conexión de los
equipos mediante Ethernet a la red que permitirá la
supervisión y control desde el sistema SCADA, está se irá al
tablero del Reactor MQ6 en el cual se tendrá un ODF, un
switch para la conexión a la red de un STB que permitirá la
distribución de las señales de mandos manuales que se
encuentran en este tablero de control como bombas y torres
de enfriamiento, de aquí se parte al tablero del Reactor MQ5
el cual es un tablero de control nuevo en el que se tienen
todos los equipos de control para el proceso de producción
entre los cuales se encuentra el Controlador Lógico
Programable PLC con sus respectivos módulos de entradas y
salidas, para el control, y, un ODF y un switch para la
comunicación, finalmente se regresará al cuarto de control
cerrando el anillo.
comunicaciones en el cuarto de control de resinas y la
modificación del tablero de control del reactor MQ6.
A. Tablero de control del reactor MQ5
El tablero de control del reactor MQ5 fue diseñado
tomando a consideración que el tablero posea el tamaño
adecuado para contener todos los elementos que interviene
en el control, protección y señalización, y que apruebe la
norma NEMA para garantizar que los dispositivos internos
en él, no sufran daño alguno debido al contacto con polvos,
humedad, etc.
En la Fig. 5 se puede apreciar el tablero de control del
reactor MQ5 concluido.
Fig. 5 Tablero de control del reactor MQ5
B. Tablero de control del reactor MQ6
El tablero de control del reactor MQ6 se incluyó 2 ODFs,
1 switch industrial y 1 STB.
El STB NIP2212 posee módulos de entradas y de salidas
a los cuales se conectan directamente los pulsadores,
selectores y luces pilotos que se encuentra en el tablero de
control de reactor MQ6 pero tienen mando en el reactor
MQ5.
C. Rack de comunicaciones
El rack de comunicaciones de la sala de control fue
diseñado tomando a consideración que el tablero posea el
tamaño adecuado para contener todos los elementos que
interviene en la comunicación y protección.
En la Fig. 6 se puede apreciar el tablero de control del
reactor MQ5 concluido.
Fig. 4 Arquitectura de Control
VIII. MONTAJE
En el proyecto se realizó la actualización del sistema de
control del reactor MQ5 motivo por el cual se diseñó un
tablero para el nuevo sistema de control del reactor MQ5,
adicionalmente es necesario la instalación de un tablero de
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Fig. 6 Rack de comunicaciones concluido
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IX. PROGRAMACIÓN PLC
Para desarrollar el sistema de control del reactor MQ5 se
escogido la utilización del PLC Modicon M340, en el mismo
se desarrollará el programa de control. Para desarrollar el
programa del PLC mencionado se ha empleado el software
Unity Pro v7.0, el mismo que ha permitido una programación
sencilla en cada estado del proceso. [2]
El lenguaje de programación que se manejó en el
desarrollo del programa fue mediante diagramas de bloques
de funciones (FBD)
Para realizar la programación del sistema de control del
reactor MQ5 en el PLC se realiza una consulta a la ingeniería
básica y de detalle del proyecto, en la cual está contenida
toda la secuencia de la operación del proceso de fabricación
de resina en el reactor MQ5.
El programa del controlador se encuentra realizado en 11
secciones las cuales están diseñadas para obtener un mejor
desempeño en la ejecución del programa.
X. DISEÑO DEL SISTEMA SCADA
Fig. 7 Pantalla de acceso
B. Pantalla de proceso reactor MQ5
En la Fig. 8 se observa el diagrama del proceso del
Reactor MQ5, en el que se puede supervisar el estado de
válvulas, bombas y agitadores y controlar el arranque o
parada de las mismas, además se tiene la lectura de la
temperatura del Reactor. En la parte izquierda se encuentra
un selector del modo de control para elegir si se desea
control Manual o Semiautomático y la elección de las recetas
y su control de fases.
Para el proyecto de actualización del sistema SCADA se
realizó un rediseño del antiguo sistema SCADA de los
reactores, tomando como base de diseño las antiguas
interfaces HMI y su estructura de pantallas. Siempre
tomando en cuenta que las interfaces HMI deben ser
amigables e intuitivas para el operador, aprovechando las
herramientas que nos ofrece el software INTOUCH utilizado
para su desarrollo. [3]
La estructura básica de operación de la interfaz HMI está
distribuida en dos partes:
 Pantallas de operación del tanque MQ5, donde se
realiza la adquisición de datos y la supervisión de
control en modo manual o semiautomático de
los instrumentos y máquinas que intervienen en
el proceso de fabricación de resina en el reactor
MQ5.
 Pantallas de operación del tanque MQ6, donde se
realiza la adquisición de datos y la supervisión de
control en modo manual o semiautomático de
los instrumentos y máquinas que intervienen en
el proceso de fabricación de resina en el reactor
MQ6.
La operación del reactor MQ5 por medio del sistema
SCADA es independiente de la operación del reactor MQ6.
Fig. 8 Pantalla de proceso reactor MQ5
B. Pantalla de proceso reactor MQ6
En la Fig. 9 se observa el diagrama del proceso del
Reactor MQ6, en el que se puede supervisar el estado de
válvulas, bombas y agitadores y controlar el arranque o
parada de las mismas, además se tiene la lectura de las
temperaturas del Reactor y del condensador. En la parte
izquierda se encuentra un selector del modo de control para
elegir si se desea control Manual o Semiautomático y la
elección de las recetas.
A. Pantalla de acceso
En la pantalla de acceso como se muestra en la Fig. 7 se
debe ingresar los datos de los usuarios que van a manejar el
sistema, estos datos son; usuario y contraseña. Una vez que
se haya digitado los datos correctamente se podrá ingresar al
sistema.
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Fig. 9 Pantalla de proceso reactor MQ6
C. Pantalla de alarmas
La pantalla de Alarmas tiene un cuadro de aviso en la que
se muestran las alarmas ocasionadas por diferentes eventos,
entre los cuales se puede encontrar fallas mecánicas de
válvulas, bombas y agitadores, alarmas en las señales por
fallas en la comunicación, sobrecalentamiento en alguna de
las fases, etc (Fig. 10).
Fig. 11 Pantalla de tendencias
XI. PRUEBAS
A. Pruebas de continuidad
Utilizando un multímetro se verificaron todas las
conexiones eléctricas entre cada una de las borneras; las
conexiones de las protecciones del tablero de control del
reactor MQ5 para comprobar que sean acordes al diseño de
los planos eléctricos.
Para el tablero de control del reactor MQ6 se revisó la
conexión de los pulsantes de marcha, de paro y luces piloto
para cada motor. Se comprobó la continuidad de las
conexiones eléctricas entre las borneras de los pulsantes,
selectores y luces piloto y módulos del STB.
Para los transmisores de temperatura se comprobaron las
conexiones eléctricas hacia sus respectivas borneras de
entradas análogas ubicadas en el tablero del reactor MQ5.
Fig. 10 Pantalla de alarmas
D. Pantalla de tendencias
En la pantalla de tendencias se tienen varias opciones para
observar las gráficas de la variable del proceso.
En esta pantalla se puede ingresar información para el
registro de datos como; nombre del operador, número de lote
y observaciones si las hubiera.
Los botones de la pantalla de tendencias son habilitados
según el reactor que ha sido seleccionado (Fig. 11).
B. Pruebas de voltaje de operación
Una vez que se comprobaron todas las conexiones
eléctricas de cada tablero, se energizó el tablero de control
del reactor MQ5 y con el multímetro se procedió a realizar la
medición de voltajes en todos los equipos.
Se verificó que exista la alimentación de 120VAC en los
siguientes equipos:
• UPS
• Iluminación del tablero
• Tomacorrientes
• Fuente de 24 VDC
Se verificó que exista alimentación de 24 VDC en el
Switch, el PLC y sus módulos.
Luego de comprobar que, dentro del tablero del tablero
de control del reactor MQ5, el voltaje de operación de cada
equipo sea el correcto, se procedió a energizar el STB
ubicado en el tablero de control del reactor MQ6 y se
realizaron las mismas pruebas de medición de voltaje en
todos sus módulos.
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MASKAY
En el rack de comunicaciones se realizó la medición de
voltaje de 24VDC en el Switch.
C. Pruebas de accionamiento de los equipos
Una vez que terminaron todas las pruebas generales de
conexiones eléctricas y verificación del voltaje de operación
se comprobó que todos los equipos se encuentren
funcionando correctamente en forma individual, para lo cual
mediante un programa sencillo de prueba se comprobó el
accionamiento de las válvulas neumáticas, de la servoválvula, de las luces piloto y de los motores.
D. Pruebas del PLC
La primera prueba que se realizó fue la comunicación
entre las computadoras que poseen el sistema SCADA y el
PLC. Se comprobó el funcionamiento de las tarjetas de
comunicación Ethernet y de los ODFs y Switch industriales.
Se verificó que las señales de entrada (tanto discretas
como análogas) sean leídas por el PLC y se comprobó que la
dirección de las salidas del PLC sean las correctas.
E. Pruebas del sistema SCADA
Para las interfaces de operación del sistema SCADA se
comprobaron las coherencias entre los datos mostrados y los
datos reales de los motores, válvulas y transmisores de
temperatura. Luego se verificó los modos de operación de
cada uno de los reactores en sus respectivas computadoras.
XII. RESULTADOS
Las pruebas de continuidad realizadas entre los equipos
permitieron comprobar las conexiones eléctricas y corregir
algunos errores de conexión, por lo que es importante que se
realicen antes de energizar los tableros de control.
En las pruebas realizadas a la entrada análoga del PLC se
demostró que la variación de la temperatura es en forma
lineal, por lo que se requirió de realizar un escalamiento de la
señal para obtener la temperatura real en el PLC.
Con el nuevo sistema de control y SCADA ya es posible
tener un registro de las temperaturas y alarmas durante el
proceso de elaboración de resina en el reactor MQ5 y en base
a las curvas de calentamiento obtenidas de las recetas
realizadas se puede analizar lo siguiente:
Al realizar la misma receta varias veces en el reactor
MQ5 sin tener una limpieza del reactor entre producción y
producción, produce una acumulación de resina en las
paredes del reactor. Debido a esto el sistema de control de
temperatura varia significantemente si el reactor MQ5 se
encuentra limpio o con residuos de la anterior producción.
La curva de temperatura de las recetas del reactor MQ5
en el modo semiautomático siguen satisfactoriamente el
mismo patrón de la curva ideal de los procesos, dentro de la
tolerancia permitida y existe una regulación más adecuada de
la temperatura del reactor MQ5.
En la actualización del sistema SCADA del reactor MQ6
se obtuvieron los resultados esperados de adquisición de
datos y supervisión de control ya que estos venían
funcionando de manera óptima y no necesitaban de muchas
variaciones.
El proyecto de actualización del Sistema SCADA y de
control para los reactores MQ5 y MQ6 es considerado por
Pinturas Cóndor como un proyecto que aportó positivamente
a la optimización del proceso.
XIII. CONCLUSIONES
• Con el levantamiento de señales de control del antiguo
tablero del reactor MQ5 se realizó el nuevo sistema de
control tomando en cuenta las señales que se encontraban
habilitadas, además de realizar un correcto diseño del nuevo
tablero de control del reactor MQ5 con todos los dispositivos
que se instalaron en él.
• El nuevo sistema de control garantiza que el proceso de
fabricación de las resinas se realice sin ningún inconveniente,
evitando paros en la producción por la falla del PLC como
ocurría anteriormente.
• El comportamiento de la curva de temperatura en el
reactor MQ5 obtenida con el nuevo sistema de control
cumple con los parámetros y tolerancias establecidos por la
curva ideal de las recetas incluidas en este.
• El nuevo sistema SCADA permite permiten monitorear
y controlar el proceso de elaboración de resina de los
reactores MQ5 y MQ6 en tiempo real y además entregan
información muy importante para el análisis del proceso.
• Con las pruebas realizadas del sistema SCADA y del
sistema de control implementados en los reactores MQ5 y
MQ6 se comprobó el correcto funcionamiento de todas las
máquinas que intervienen en la fabricación de resina en los
reactores.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
NFPA Inc. (2004). NFPA-70E. Massachusetts..
Schneider Electric. (2009). Modicon M340 con Unity Pro Manual de
Configuracion.
Invensys Sistem . ( 2008). InTouch™ User’s Guide.
Con la adición de las recetas al sistema de control y
SCADA se logró reducir los tiempos muertos en cuanto al
calentamiento y enfriamiento del reactor MQ5 pero todavía
existen retrasos en los intervalos en los que se carga la
materia prima debido a que se continúa realizando en forma
manual.
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